Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет прикладной математики и кибернетики
Программа дисциплины
«Введение в наномоделирование»
для направления230400.62 «Информационные системы и технологии»
подготовки бакалавра
Автор программы:
Е., профессор, *****@***ru, *****@***com
Одобрена на заседании кафедры прикладной математики «20» мая 2014 г.
Зав. кафедрой В.
Москва, 2014
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1 Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 230400.62 «Информационные системы и технологии».
Программа разработана в соответствии с:
· ФГОС 230400 Информационные системы и технологии 62 бакалавр.
· Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки 230400.62 «Информационные системы и технологии», утвержденным в 2014 г.
2 Цели освоения дисциплины
Цель изучения дисциплины «Введение в наномоделирование»
состоит в обучении студентов основным понятиям и явлениям физики наносистем, наиболее важным как с концептуальной, так и с прикладной точек зрения. Этот курс включает в себя последние, наиболее интересные и перспективные достижения в этой области.
Основными задачами обучения являются глубокое и наглядное освоение понятий и самых важных эффектов физики наноструктур, понимание эвристики важнейших научных открытий, ценности физических аналогий, умение делать простые и быстрые оценки критических параметров для различных эффектов, умение применять полученные знания к конкретным научным и техническим задачам
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
· знать принципы теоретико-вычислительного описания наноструктур и метаматериалов;
· иметь базовые навыки применения программного обеспечения для численного решения задач;
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Компетенция | Код по ФГОС/ НИУ | Дескрипторы – основные признаки освоения (показатели достижения результата) | Формы и методы обучения, способствующие формированию и развитию компетенции |
Способен рефлексировать (оценивать и перерабатывать) освоенные научные методы и способы деятельности. | СК-М1 | Демонстрирует понимание того, какие физико-математические модели должны применяться на различных пространственно-временных уровнях. | Лекции, самостоятельная работа |
Способен анализировать, верифицировать, оценивать полноту информации в ходе профессиональной деятельности, при необходимости восполнять и синтезировать недостающую информацию | СК-М6 | Способен разбираться в основных тенденциях в нанотехнологии, в физике наноструктур и в методах моделирования наноструктур и наноматерилов. | Практические занятия, выполнение домашних работ |
Способен анализировать и воспроизводить смысл междисциплинарных текстов с использованием языка и аппарата прикладной математики | ИК-М2.1пми | Формулирует численные алгоритмы, используемые для решения прикладных задач. | Лекции, практические занятия и самостоятельная работа |
Способен строить и решать математические модели в соответствии с направлением подготовки и специализацией | ИК-М7.2пми | Способен сформулировать последовательность шагов для решения конкретной проблемы: формулировка физико-математической задачи, формулировка теоретико-вычислительной задачи. | Лекции, практические занятия и самостоятельная работа |
Способен понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат | ИК-М7.3пми | Способен проводить анализ применимости различных методов моделирования наноструктур и наноматериалов. | Лекции, практические занятия и самостоятельная работа |
4. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина - это факультатив для студентов, начиная с 4-ого курса бакалавриата, специализирующихся по прикладной математике. Дисциплина имеет вводный и обзорный характер, не требует от слушателей каких-либо специальных знаний. Все необходимые сведения и методы вводятся по мере необходимости и подробно объясняются.
Курс направлен на изучение основных понятий и явлений в мире наноструктур, важных как с концептуальной, так и с прикладной точек зрения. Курс включает самые новые, наиболее интересные и перспективные достижения.
Цель и задачи курса – наглядное и популярное изложение понятий и самых важных наноэффектов, объяснение эвристики важнейших научных открытий, ценности физических аналогий, демонстрация примеров применения теоретических алгоритмов к конкретным научным и техническим задачам. Слушатели научатся делать простые и быстрые оценки параметров наносистем, приводящих к реализации различных эффектов.
Данный вводный курс имеет свое продолжение в программе магистратуры кафедры прикладной математики.
5. Тематический план учебной дисциплины
№ | Название раздела | Всего часов | Аудиторные часы | Самосто-ятельная работа | |
Лекции | Семинары | ||||
1 | Достижения современной нанотехнологии. Нанолитография | 62 | 14 | 14 | 34 |
2 | Наноструктуры и новые двумерные системы | 36 | 6 | 6 | 24 |
3 | Моделирование наноустройств | 60 | 12 | 12 | 36 |
4 | Нанофотоника и наноплазмоника | 40 | 8 | 8 | 24 |
5 | Итого | 108 | 40 | 40 | 28 |
6. Формы контроля знаний студентов
Тип контроля | Форма контроля | 4 курс | Параметры ** | |
1 | 2 | |||
Итоговый | Экзамен | Письменная работа на 120 минут по всем темам курса. Включает теоретические вопросы и задачи различного уровня сложности. |
Критерии оценки знаний, навыков
Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале. Оценка за контрольную работу, домашнее задание и экзамен рассчитывается как доля успешно решенных студентом задач от общего числа задач, умноженная на 10.
7. Содержание дисциплины
Раздел 1. Достижения современной нанотехнологии. Нанолитография
Тема 1. Первые шаги нанотехнологии и фундаментальные открытия. Тенденции современных нанотехнологий. Закон Мура.
Тема 2. Основные приборы и методы для изучения наноструктур.
Тема 3. Основные принципы проектирования наноструктур. Многомасштабное моделирование.
Тема 4. Возможности и ограничения оптической нанолитографии. Микроскопия ближнего поля. Сверхрелеевское разрешение и нанолитография. Основные принципы моделирования устройств с наноразрешением.
Литература по разделу:
1. А. Я. Шик, Л. Г. Бакуева, С. Ф. Мусихин, С. А. Рыков, Физика низкоразмерных систем, Под ред. А. Я. Шика, СПб., Наука (2001).
2. Э. Р.Кларк, К. Н.Эберхардт, Микроскопические методы исследования материалов, М. б Техносфера, 2007.
3. В. Ф. Дряхлушин, В. П. Вейко, Н. Б. Вознесенский, «Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия и ближнепольные оптические зонды: свойства, изготовление и контроль параметров», Квант. электроника, 2007, 37 (2), 193—203.
4. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 2-е, исправленное и дополненное. - М.: Наука-Физматлит, 2007 - 416 с.
5. К. Зондовые нанотехнологии в электронике. - М.: Техносфера, 2005.
Betzig E., Trautman J. K., Harris T. D., Weiner J. S., Kostelak R. L.,Breaking the Diffraction Barrier: Optical Microscopy on a Nanometer Scale,
Science, 251, 1468–1470 (1991).
Inouye Y., Kavata S. Near-field scanning optical microscope with a metallic probe tip.Opt. Lett. 19, 159–161 (1994).
Раздел 2. Наноструктуры и новые двумерные системы.
Тема 1. Основные принципы моделирования устройств с наноразрешением.
Тема 2. Квантовые ямы, квантовые провода, квантовые точки. Нанотрубки.
Тема 3. Открытие графена и других двумерных материалов.
Литература по разделу:
1. В. А. Кульбачинский, Двумерные, одномерные, нульмерные структуры и сверхрешетки, Изд. Физического факультета МГУ, М (1998).
2. Turton R. J. , The Quantum Dot, W H Freeman, 1995.
3. Ю. Е. Лозовик, А. М. Попов, Свойства и нанотехнологические применения нанотрубок, 177, 786–799 (2007).
4. А. К. Гейм, Случайные блуждания: непредсказуемый путь к графену, УФН, 181, 1284–1298 (2011) (Нобелевская лекция).
5. К. С. Новосёлов, Графен: материалы Флатландии, УФН, 181, 1299–1311 (2011)(Нобелевская лекция).
6. M. I. Katsnelson, Graphene: carbon in two dimensions, Materials. Review article,. Materials Today, Volume 10, Issue 1-2, 20-27 (2007).
7. Ю. Е.Лозовик, С. П.Меркулова, А. А.Соколик, Коллективные явления в графене, УФН 178, No.7, 757-776 (2008).
Раздел 3. Моделирование наноустройств.
Тема 1. Моделирование нанотранзисторов.
Тема 2. Моделирование наноэлектромеханических систем.
Литература по разделу:
1. Г. И.Зебрев. Физические основы кремниевой электроники, м, 2008.
2. Ю. Е. Лозовик, А. М. Попов, Свойства и нанотехнологические применения нанотрубок, 177, 786–799 (2007).
3. E. Bichoutskaia, A. M. Popov, Yu. E.Lozovik, Nanotube-based data storage devices,
Materials Today, 11, No.6, 38-43(2008).
Раздел 4. Нанофотоника и наноплазмоника
Тема 1. Достижения нанофотоники. Фотонные кристаллы. Как моделировать элементы нанофотоники. Методы FDTD и FEM.
Тема 2. Метаматериалы: дизайн и перспективы (самолеты-невидимки).
Тема 3. Наноплазмоника: достижения и перспективы.
Литература по разделу:
1. Y. Hao, R. Mittra, FDTD Modeling of Metamaterials, Artech House, Boston, 2009.
2. A. Taflove, S. C.Hagness, Computational Electrodynamics: FDTD method, 2nd edition, Artech House, Boston, 2000.
3. Yu. E.Lozovik and A. V.Klyuchnik, The dielectric function and collective oscillations inhomogeneous systems, in: “The Dielectric Function of Condensed Systems”, edited by L. V.Keldysh, D. A.Kirzhnitz and A. A.Maradudin, Elsevier Science Publisher B. V., 1987.
4. Ю. Е. Лозовик, Плазмоника и магнитоплазмоника на графене и топологическом изоляторе, 182 1111–1116 (2012).
5. С. Л. Эйдерман, М. В. Богданова, Ю. Е. Лозовик, и др., Формирование спектра поглощения металло-диэлектрических трехмерных фотонных кристаллов, Матем. моделирование, т. 21, No. 5, стр. 21–40 (2009).
6. Kawata S. Nano-optics. Springer. 2002.
7. Эмуляторный комплекс МИЭМ
9. Порядок формирования оценок по дисциплине
Итоговая оценка К по 10-балльной шкале формируется как взвешенная сумма:
K = 0,5С +0,5D |
10-балльных оценок за контрольную работу С и домашнее задание D с округлением до целого числа баллов. Оценка округляется вверх. Перевод в 5-балльную шкалу осуществляется по правилу:
· 0 ≤ К ≤ 3 - неудовлетворительно,
· 4 ≤ К ≤ 5 - удовлетворительно,
· 6 ≤ К ≤ 7 - хорошо,
· 8 ≤ К ≤10 - отлично.
При итоговой оценке за зачет ниже 4 баллов, итоговая оценка за весь курс равняется оценке за зачет.
Основные порталы (построено редакторами)